探討鋼渣在建筑材料中的低成本應(yīng)用

王博

摘要：一直以來，鋼渣的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)都是人們研究的重點(diǎn)，但是整體而言，鋼渣的利用率并不高。本文首先對(duì)鋼渣改質(zhì)進(jìn)行了研究，然后分析了其在建筑材料中具體的應(yīng)用，希望能夠?qū)崿F(xiàn)鋼渣的有效利用，減少能源消耗。

關(guān)鍵詞：鋼渣;風(fēng)淬處理：改質(zhì)劑;混凝土

引言

眾所周知，鋼渣是冶煉鋼鐵產(chǎn)生的廢料，但是產(chǎn)量卻十分驚人，能夠占到粗鋼產(chǎn)量的10%以上，但是在具體的利用方面，還存在嚴(yán)重的不足，并且對(duì)環(huán)境造成了不小的污染。如何挖掘鋼渣的價(jià)值，并且合理進(jìn)行利用，是科研工作者需要認(rèn)真考慮的問題。

1鋼渣改質(zhì)研究

隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，鋼渣的產(chǎn)量日益增多，但是利用情況卻不盡如人意，主要是用于制作水泥，效果也不是很好。目前，鋼渣處理的方法主要是風(fēng)淬法，利用壓縮空氣，將熔融態(tài)的鋼渣吹人到水池中，完成冷卻處理工作，這種方法可以避免鋼渣遇水發(fā)生爆炸的情況，而且促進(jìn)了氧化鈣的消解反應(yīng)。

1.1定性分析

在對(duì)鋼渣的性質(zhì)研究時(shí)，需要遵循以下規(guī)律：首先，當(dāng)鋼渣處于高溫液態(tài)時(shí)，需要降低氧化鈣的含量，這就需要充分應(yīng)用悶罐處理工藝，提高鋼渣的膠凝活性。其次，模擬鋼渣處理過程時(shí)，要控制鋼渣的粒徑，并且適當(dāng)加入氧氣和二氧化硅，改變鋼渣中鈣離子和鎂離子的存在形式，并且分析不同的添加劑對(duì)氧化鈣的消解情況以及熱量損失情況。再次，結(jié)合鋼渣處理工藝，著重處理添加劑添加過程中的熱量損失、材料腐蝕以及污染等問題，并確定改質(zhì)劑的成分。最后，因?yàn)轱L(fēng)淬工藝需要經(jīng)過氧化、分散和淬冷三個(gè)階段，所以鋼渣會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以要確定氧化對(duì)鋼渣磁選的影響程度。

由于鋼渣中含有SiO2、CaO、MgO、Al2O3、P2O5、Fe2O3等物質(zhì)，而且鋼渣的生成溫度在15 80℃以上，而硅酸鹽的生成溫度在1360℃以上，所以鋼渣的水化速度很慢，在制作水泥材料時(shí)需要考慮鋼渣的活性，所以要準(zhǔn)確測(cè)量鋼渣中凝膠性礦物質(zhì)的含量。

鋼渣的化學(xué)熱計(jì)算公式如下：

Q=m×△H

其中，△H是每公斤爐渣的內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，單位是KJ/kg

一般而言，鋼渣的內(nèi)部反應(yīng)化學(xué)式與堿度的大小有一定的關(guān)系，具體的熱效應(yīng)計(jì)算公式如下：

△H=6.36（CaO）+15.32（SiO2）+42.96（P2O5）

假設(shè)有30t鋼渣需要處理，再加入2.3t粉煤灰后，鋼渣的堿度變?yōu)?.97，那么具體的熱量為：

Qi=m*{6.36（CaO）+15.32（SiO2）+42.96（P2O5）}=2300×（6.36×6%+15.32×31%+42.96×15%）=26622.04kJ

這里需要涉及鋼渣改質(zhì)后的溫度計(jì)算問題，當(dāng)鋼渣溫度由1700℃下降到t時(shí)，釋放的熱量Q2=2.39×（1700-t）×20000=47800×（1700-t），假設(shè)按照11%的比例向鋼渣中摻人粉煤灰，比熱容的值為0.106kCal/kg℃，那么損失的熱能Q3=0.106×20000×4.2986=9113.032tkJ，然后利用平衡溫度的計(jì)算公式：Q1+Q2=Q3，代人26622.04+47800×（1700-t）=9113.032t

解得t=81286622.04/5 6913.032=1428.26℃

由于鋼渣從出渣到運(yùn)輸?shù)教幚憩F(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間大概在15分鐘左右，在對(duì)鋼渣的流動(dòng)性進(jìn)行分析時(shí)，需要考慮這一過程的溫度下降情況，也就是要保證溫度不能低于1450℃，不同堿度以及不同溫度條件下鋼渣的流動(dòng)性如表1所示。

從上表我們可以發(fā)現(xiàn)，加入一定比例的粉煤灰后，鋼渣的流動(dòng)性略有增加，可以順利進(jìn)行風(fēng)淬處理。

1.2具體實(shí)驗(yàn)

首先，使用高溫爐實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然后添加相應(yīng)的硅質(zhì)材料，對(duì)鋼渣進(jìn)行預(yù)處理，減少其中氧化鈣的含量，提高穩(wěn)定性。在對(duì)氧化鈣的含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，可以使用礦物顯微鏡，并且分析礦物析出的規(guī)律。其次，需要將改質(zhì)劑與鋼渣按照一定的比例進(jìn)行混合，并且保證研磨均勻，加熱時(shí)的溫度設(shè)置在1600℃。再次，將裝有鋼渣和改質(zhì)劑的坩堝放在爐膛內(nèi)，加熱完成后，分別采用三種冷卻方式，一種是爐冷，一種是空冷，一種是水冷，并觀察不同冷卻方式對(duì)生成礦物質(zhì)的影響，并做好記錄。最后，通過礦物顯微鏡觀察鋼渣成分的變化，找到提高鋼渣耐磨性的方法。

為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果，可以到鋼廠中進(jìn)行取樣，比如將50kg的廢鋼放人中頻爐中加熱，直到變成液態(tài)，然后加入改質(zhì)劑，對(duì)鋼渣進(jìn)行取樣，液態(tài)的廢鋼可以提供反應(yīng)的熱量，在進(jìn)行風(fēng)淬處理時(shí)，鋼渣會(huì)變成小顆粒，需要進(jìn)行統(tǒng)一的收集和烘干，烘干原理如圖l所示。經(jīng)過改質(zhì)后，鋼渣的硬度有了明顯的下降，同時(shí)耐磨度有了一定的提高，所以比較穩(wěn)定。

2鋼渣實(shí)際應(yīng)用

鋼渣在建筑材料中的低成本應(yīng)用主要有兩方面的內(nèi)容：

第一方面，制作水泥路面混凝土，某鋼廠使用鋼渣對(duì)周邊的路段進(jìn)行了試驗(yàn)，并且使用了當(dāng)?shù)氐脑牧吓渲屏嘶炷粒?jīng)過多次試驗(yàn)，找到了正確的配合比，并且對(duì)路面進(jìn)行了施工。通過不斷調(diào)整用水量，路面的抗壓強(qiáng)度有了明顯的提高，施工20天后，抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的180%，這是因?yàn)殇撛盎钚暂^高，而且C2S屬于活性礦物質(zhì)，能夠與水泥漿的界面發(fā)生反應(yīng)，增加混凝土的強(qiáng)度?？梢哉f，將鋼渣應(yīng)用到公路建設(shè)中，可以起到水泥的作用，從而節(jié)約施工成本。

第二方面，制作工程預(yù)制件，比如混凝土制品，典型的就是混凝土涵管，而且這類混凝土制品對(duì)于早期的強(qiáng)度沒有任何要求，通過具體的養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，可以保證產(chǎn)品的外觀光滑，同時(shí)強(qiáng)度較高。目前一些建筑公司已經(jīng)將鋼渣用于制作混凝土細(xì)集料，每月可以處理鋼渣2000t以上，并且預(yù)制件的抗壓強(qiáng)度值大于43MPa，到達(dá)設(shè)計(jì)值的132.9%。

3結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)鋼渣改質(zhì)的情況進(jìn)行分析，并且結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，這種方法能夠得到了大力的推廣和應(yīng)用，市場(chǎng)前景十分廣闊，經(jīng)濟(jì)效益異常明顯。但是在具體的應(yīng)用過程中，還要對(duì)相關(guān)的操作人員進(jìn)行指導(dǎo)，幫助他們掌握改質(zhì)技術(shù)，同時(shí)要具體情況具體分析，合理對(duì)鋼渣進(jìn)行改質(zhì)，從而提高利用率。